中国城市化进程对环境质量的影响
2009-04-29章泉
章 泉
[关键词]城市化；环境污染；截面依赖；面板模型
[摘 要]本文采用Driscoll和Kraay(1998)发展的考虑到横截面依赖特征的面板数据模型，利用中国1997—2001年间城市级别的面板数据，利用不同指标，对中国城市化进程和环境质量的关系进行检验。理论上城市化进程对环境质量的影响存在两种不同的观点，城市化改善环境质量和城市化导致环境质量下降，前者基于人类活动的直接影响，后者着眼于环境管制的间接作用。本文检验发现，以城镇人口占总人口比重为指标的城市化定义对环境质量具有正效应，而以建成区面积为指标的中国城市化进程的加快会对环境质量具有显著的负面影响。同时，城市的人口密度和制造业比重等社会经济变量也对环境质量具有负的影响。这一发现对于我国城市化战略进程中环境政策的制定具有重要启迪。
[中图分类号]X-651
[文献标识码]A
[文章编号]0257-2826(2009)03-0032-07
一、引 言
城市化进程在中国经济增长过程中扮演的角色备受瞩目，既有利于加速产业结构的升级，促进中国经济增长，[1][2]也有助于降低统计上的城乡收入差距。[3]城市化进程所具备的多重角色使得地方政府在推动城市化进程上不遗余力，各地的城市化进程也不断加快。
对于中国城市化进程来说，可以从两个维度来观察。一是从国家整体发展战略角度来看，中国城市化进程的初衷是以农业人口向非农业人口转变为手段，促进地方产业结构调整和经济发展。从这一维度来看，如果按照学术界对于城市化的一般定义，即以非农业人口占总人口比重算，中国的城市化水平比重已经从1978年的17.92%上升到2006年底的43.90%，年平均增长率为5%左右，城镇人口也已从1978年的1.72亿人上升到2006年底的5.77亿人(注：数据来源：根据《中国统计年鉴》(2007)整理。)，城市化发展速度不可谓不快。不过，中国的城市化进程不仅仅意味着非农业人口的增长，同时也伴随着城市面积的不断扩张。由于地方政府往往基于自身政绩或形象工程等因素驱动，导致中国城市化进程中另一个鲜明的特征就是城市面积不断扩展，城市扩张已成为当前中国城市的主要特点。中国城市建成区面积由1981年7 438平方公里增长至2006年33 659.8平方公里，建成区面积增加接近4.53倍(注：数据来源：根据《中国统计年鉴》(2007)整理。)。更重要的是，这种扩张受到地方政府之间竞争因素的影响，导致中国城市化进程脱离了循序渐进的原则。[4]如北京建成区面积从1996年的476平方公里快速增长到2006年底的1 254平方公里，杭州市、西安市建成区也从1996年的148和102平方公里增长到2006年底的261和347平方公里，大多数城市在短短的十年之间建成区面积激增3—4倍左右(注：数据来源：根据历年《中国统计年鉴》和《中国城市年鉴》整理。)，城市化进程不断加快的背后是地方政府以土地经营城市的经济驱动。不过，尽管这种以土地“经营城市”以推动地方经济发展的思路广受推崇，但快速城市化进程对环境质量影响的分析却受到忽略。
中国城市化进程会对环境质量产生何种影响呢?目前并无具有信服力的实证证据加以验证。不过从环境经济学中关于城市化对环境质量的影响效果的解释来看，中国城市化进程可能从三个方面影响环境质量。第一，从人口和人类行为的密集性角度认为，中国城市化过程的加快，虽然一方面提供了越来越多的经济机会和劳动岗位，吸引了大量的投资机会，推动地区经济的快速增长。但同时，这种城市化过程的推进意味着一段时间内会有大量人口流向一个相对狭小的区域，从而表现出城市化进程的加快会导致地区环境污染的加重。因为高度城市化发展需要消耗大量的燃料和工业原料，释放出很多热能和工业污染物。第二，从城市面积扩张的角度来看，中国城市面积的急速扩张会伴随城市土地的扩张和基础设施建设的不断增加，这既会产生工业污染物，也会侵占良田、林地、水域、湿地等生态用地，改变了生物环境的组成和结构，导致环境容量的减小，两者共同作用导致污染增加。1985年以来，中国工业废水排放量持续增长。到2007年底，全国工业废水排放量高达246.7亿吨，工业废气排放量达388 169亿标立方米，工业烟尘排放量达771.1万吨。第三，从城市化发展对环境管制的影响来看，城市化进程会降低环境污染。因为城市化水平的提高会降低当地居民集体向政府表达环境管制偏好的协调成本和交通成本，从而方便了居民和环境管制机构的沟通。[5]同时，随着城市化水平的提高，会涌现各种市民的环保行动，这些行动将对政府决策产生影响，政策制定者会更多考虑城市居民的利益诉求，采取种种环保措施。另外，城市化水平提高也会提高污染处理的规模经济效果，从而降低环境污染水平。
从已有研究来看，关于城市化和环境质量之间关系的研究存在不足之处。首先，现有研究中缺乏关于城市化对环境质量影响的实证证据。尽管不少学者在理论上对城市化的经济增长的关系进行了讨论，[6]但并没有对提出的理论或假说进行实证检验。即使有一些研究涉及城市化和环境污染的实证分析，[5][7]但都是在研究环境库滋涅兹假说过程中的辅助研究，并没有深入讨论。同时这些研究中通常控制变量存在联合内生或共线性的可能，也会影响城市化对环境质量影响的一致估计值。其次，已有研究使用的数据存在缺陷。现有的研究大都采取跨国数据或一国州(或省)之间的数据进行检验，[8][9][10]存在指标测量误差的可能。利用跨国数据或州(或省)数据既无法很好地刻画城市化的水平，因为国家的非农业人口数量并不一定说明该国城市的发展程度(注：因为小城镇的发展也会带来非农业人口数量的上升。)。同时也无法很好地刻画环境污染程度，因为如果选择样本的区域面覆盖过广，存在外部效应内部化的可能。这两种情形都会导致难以正确验证城市化对环境质量的影响。最后，在估计方法上忽视了观测值横截面依赖(cross-sectional dependence)的特征。已有研究大都采取截面分析或面板数据分析检验，这些方法都假定误差项是相互独立同分布的。但很多计量经济学的研究文献已经发现，误差项之间存在明显的横截面依赖性，其原因可能来自于空间位置的依赖性(注：由此推动了空间计量经济学的发展。)、社会学习效应、邻居效应以及金融学上著名的羊群效应等，这些都表明横截面的观测值之间并非是相互独立的，社会规范、心理因素和政策互动都会导致横截面观测值相互独立的假设不成立。Phillips and Sul(2003)提出，如果面板数据中表现出充分的依赖性，估计中忽视这种依赖性，虽然会得到一致估计值，但将会造成估计值有效性的严重下降。[11]本文采用1997—2001年中国202个地级城市市辖区SO2排放量的数据，对城市化进程和环境污染的关系进行检验，试图弥补目前的空白和不足。本文首先将样本局限在地级市辖区，很好地限制了由于国别数据或省级、州级环境数据的测量误差问题。其次，本文采用非农业人口占总人口比重和建成区面积两种城市化进程的指标刻画中国各地区的城市化水平，可以从多种角度考察城市化进程对环境质量的影响。再次，本文衡量环境质量的指标是各城市市辖区每平方公里SO2排放量，便于和主流文献的研究结果进行比较。因为已有大量环境经济学文献指出，环境库滋涅兹假说并不是对所有的污染物成立，而只对有限的几种污染物成立。最后，本文应用了Driscoll和Kraay(1998)发展的面板数据模型，这一模型考虑了横截面可能存在的依赖性特征，可以得到更有效的估计值，很好地避免了横截面个体独立假设不成立时估计值的失效可能。[12]
全文安排如下。第2部分简述计量方程、估计方法、数据来源和描述统计，第3部分给出实证结果和解释，最后是本文的结论和政策建议。
二、计量方程和估计方法
(一)计量模型
关于估计方程的设定。首先现有文献研究指出，居民收入和人口密度对环境质量产生影响，前者刻画了经济发展程度和环境质量的关系，后者刻画了人类活动频繁程度与环境的关系。其次，多种社会结构因素和经济活动会影响地方政府环境管制偏好，因此本文选择从经济活动规模和产业结构两个方面来对各城市特征加以控制。综合起来，估计方程设定为：
其中，Enit是第i地级市市辖区t年的环境质量，pergdpit是第i地级市市辖区t年的人均实际GDP，popudenit表示人口密度，scaleit表示第i地级市市辖区t年的经济活动规模，manuit表示产业结构，urbanit度量i地级市市辖区t年的城市化水平，ci表示不可观测的地级市的特质，uit是随机扰动项，假设与解释变量无关。
(二)估计方法
在估计方法上，本文采用Driscoll和Kraay(1998)发展的面板数据模型，这一模型考虑到面板数据中横截面相互依赖的特征。[12]
面板数据在经济学研究中应用越来越普遍，其中一个重要原因就是面板数据相比横截面数据而言可以揭示更多的信息。但实际上微观计量分析中，面板数据揭示的信息被过度夸大了，因为微观计量数据通常会表现出横截面依赖特征。正如Cameron和Trivedi(2005)指出NT相关的观测值揭示的信息会少于NT不相关的观测值。[13]
对于一个典型的面板数据模型来说，通常假设下误差项在不同时段、不同个体之间是独立同分布的。但是这种横截面独立的假定往往并不合适，因为通常很难令人信服地说明国家或州水平的数据是截面不相关的，比如公共财政领域已经有大量文献发现地方政府行为存在策略互动的形式。[14]如果我们假设误差项的横截面依赖性是来自于共同因素引起的，如果这些不可观测的共同因素与解释变量无关，虽然通常标准固定效应(fix effect)或随机效应(random effect)估计值可以得到一致估计值，但是无效的(inefficient)，且通常的OLS，white等方法都失效。
针对这一情形，Driscoll和Kraay(1998)提出了一个协方差矩阵估计值，产生标准误的异方差、自相关一致估计值，对于任何形式的空间或同期依赖都是稳健的。在本文研究中，考虑到中国各地区城市化进程可能存在类似的特征因素，就是说中国城市化进程可能受到一些共同因素的影响，从而对环境质量产生相似的影响。如果这一可能性存在，那么通常的面板数据检验也就失效，因此本文也采用这一方法进行估计，以便得到一致且有效的估计结果。
三、数据来源和描述统计
本文数据主要来源于《中国城市统计年鉴》(1998—2002)、《中国统计年鉴》(1998—2002)和《中经网统计数据库》，其中环境质量的指标主要来源于《中国城市统计年鉴》，各省GDP指数数据来源于《中国统计年鉴》，其余数据来源于《中经网统计数据库》。在样本中考虑到直辖市相对于其他城市的特殊情况，我们剔除了四大直辖市的数据。另外，也剔除了环境指标、人均GDP和其他主要解释变量缺乏的观测值，以便得到平衡(balance)的面板数据。最终我们得到202个地级城市的1010个观测值。作为被解释变量，本文衡量环境质量的指标Enit是各城市每平方公里SO2排放量。之所以采用这一指标，是因为多数主要文献的研究都采用这一指标，为了便于和主流的研究相比较，在本文中也采用这一指标(注：在不少利用中国数据研究环境质量的文献中，采用人均工业废水排放量、工业废气排放量和工业固体废弃物排放量等省级数据指标检验。这些指标往往只统计了工业污染物的排放，并没有考虑到生活污染物的排放量，不能很好地刻画人类日常行为和经济活动对环境质量的双重影响，存在测量误差可能导致非一致估计值。)。对于解释变量来说，其中主要解释变量城市化水平，本文采用两种指标度量。一是按照通常对城市化水平的定义，采用各地级市市辖区年底非农业人口占总人口比例urbanit度量；二是考虑中国城市化进程的空间扩张特点，采用建成区面积cityareait作为城市化进程的度量。因为城市化进程对环境质量的影响难以确定，我们无法预先得知β7的系数符号。
对于人均实际GDP指标pergdpit来说，我们以1989年为基年，利用各地级市市辖区名义人均GDP和所处省份当年人均GDP指数相比得到实际人均GDP数据。如果环境库滋涅兹假说成立，可以得到β1的符号为正，β2的符号为负。产业结构指标manuit用第二产业产值占GDP的比重计算得到，通常认为制造业占的比重越大，对环境污染越严重。如果这一观点成立，那么我们预先估计β9的符号为正。此外，scaleit经济活动规模用每平方公里的GDP产值度量，人口密度popudenit用每千米人口度量，通常认为经济规模的增加和人口密度的上升都会导致环境的恶化，因此预测β3和β8符号都为正。表1给出了主要指标的基本统计值。
四、估计结果
本文首先对横截面依赖性的存在性进行检验。因为估计中如果忽视这种依赖性，将会造成面板数据估计值有效性的严重下降，但另一方面，DeHoyos和Sarafidis(2006)使用蒙特卡罗模拟研究也表明，当误差项不存在横截面依赖特征时，Driscoll-Kraay方法估计的标准误比普通面板数据模型估计的标准误要差。[15]因此，在使用Driscoll-Kraay方法之前，最好对面板数据中横截面的依赖特征进行检验，如果确实存在横截面依赖特征，那么选择Driscoll-Kraay方法是有效的，否则会降低估计值的有效性。
检验横截面依赖性的方法主要有三种：Pesarans CD检验、Friedman非参数检验和Frees检验。[16][17][18]本文分别采取了三种检验，检验结果都拒绝横截面相互独立的零假设，也就是意味着存在横截面相互依赖的特征，需要采用Driscoll-Kraay方法调整估计值的标准差。表2报告了三种检验的结果。
注：(1)、(3)、(5)分别是以非农业人口比例作为城市化水平时的检验结果；(2)、(4)、(6)分别是以建成区面积作为城市化水平的检验结果。
然后，我们分别采取不同估计方程形式检验了城市化水平对环境质量的影响，具体检验结果见表3所示。
由表3的第1、2列估计结果我们看出，当以非农业人口作为城市化指标，非农业人口每提高1个百分点，每平方公里SO2的排放量降低0.2吨左右，城市化进程对于环境质量具有正的效应。而从第3、4列估计结果我们可以看出，当以建成区面积作为城市化指标时，建成区面积每增长1平方公里，每平方公里SO2的排放量则增加0.2吨左右，可见城市化的空间发展对环境质量造成负面影响。之所以二者对环境质量影响存在差异，主要是因为中国城市化发展尽管是从解决城乡二元结构的初衷出发，却由于地方政府之间相互竞争下陷入“冒进式”发展的态势，中国城市化并未带来产业结构随之的合理转型。目前各地经济发展容易以第二产业推动为主，以建成区面积作为度量指标可以较好地反映中国城市化进程的空间扩张特点，正确地度量这种空间扩张型城市化进程对于环境的影响。
注：(1)、(2)分别是以非农业人口比例作为城市化水平时的估计结果；(3)、(4)分别是以建成区面积作为城市化水平的估计结果。
从表3可以看出，无论是采取哪种检验方程形式，经济发展和环境质量之间的关系确实符合环境库滋涅兹假说，人均GDP的估计系数为正，但人均GDP二次项的估计系数为负，说明经济发展会导致环境质量的恶化，但这种恶化程度会随着经济的进一步发展而降低。不过，从人均GDP的三次项估计系数，我们可以看出，随着人均GDP的进一步上升，经济增长也会导致环境恶化。人口密度也会导致环境质量的恶化，说明人口集中带来的人类频繁活动是环境质量下降的原因之一。不过，与经济发展和环境质量的关系类似，随着人口密度的进一步上升，环境质量也会随之上升，这可能是人口密度上升，环境治理会具有规模经济的原因。
另外，制造业比重上升会带来环境质量的下降，说明改善环境需要进一步优化城市的产业结构。经济规模的上升也会导致环境质量关系的下降，说明经济规模的上升对影响环境质量的提升。
五、结论和政策含义
本文采用1996—2001年中国大陆地级市数据，利用Driscoll和Kraay(1998)发展的面板数据模型，分析城市化进程带来的环境成本。检验结果发现，以非农业人口占总人口比例和建成区面积作为城市化水平的指标时，城市化进程对于环境质量的影响效果存在明显差异，非农业人口每提高一个百分点，城市平均每平方公里的SO2排放量降低0.2吨左右，而建成区面积每提高1平方公里，城市平均每平方公里的SO2排放量上升0.2吨左右。说明中国各地如火如荼的、以空间扩张为特色的城市化进程才是导致环境质量下降的真正原因之一。同时，我们发现环境库滋涅兹假说确实成立，随着人均GDP的上升，城市每平方公里SO2排放量显著上升，不过这种上升速度随着经济发展水平的提高而降低。人口密度、经济规模对环境质量存在负面作用，而制造业比重的上升也会显著导致环境质量的下降。
本文的结论既对我国城市化发展战略的实施具有参考意义，也对未来城市环境质量的管制提供新的思路。从本文出发，我们认为未来中国城市化进程中，关于环境质量的控制，有三点值得注意：一是以空间扩张为特点的城市化建设应该休矣!这种偏重第二产业发展的城镇化确实会推动经济增长，但是经济发展不仅仅只有GDP的增长，更有居住环境的改善，实现科学发展。这就要求各级政府在推动城市化进程的过程中，要充分考虑到我们追求的应该是什么样的城市化?城市化不仅仅是简单地进行空间扩张，而应该与环境容量相互适应。二是实施城市化战略需要改变传统城市化发展的思路，应以促进城市土地的有效利用为出发点，城市规模应该适度，而非越大越好(注：据称，中国有183个地级市提出要建立国际性大都市。)。本文研究表明，建成区面积的快速提高会促进环境污染的恶化。三是促进产业结构升级有利于改善城市环境。本文实证结论表明，制造业比重的上升会导致环境质量的恶化，这说明政策制定者可以将优化产业结构作为改善地区环境质量的一条途径。这不仅是控制环境质量的必要，也是深入贯彻实施科学发展观、促进城市经济可持续发展的必然举措。
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Effect of Chinas Urbanization Process on Quality of Environment
——An Empirical Study of Prefecture-level Cities of China
ZHANG Quan
(School of Economics，Renmin University of China，Beijing 100872，China)
[Key words]urbanization；pollution of environment；cross-section dependence；panel model
[Abstract]This paper attempts to apply the panel data model of cross-section dependence developed by Driscoll and Kraay (1998) to test the correlation between urbanization process and quality of environment by referring to the panel data of cities in the period of 1997 to 2001 and using different indications of urbanization. Theoretically speaking，there exist two different views concerning the effect of urbanization on environmental quality： raising or deteriorating the quality of environment. The former refers to the direct effect of human activities，the latter refers to the indirect consequences of environment regulation. The paper finds out that definition of urbanization based on the ratio of non-agricultural population in the city against the population of the whole city shows positive effect on the quality of the environment. However，if defined by the size of the city avea ，acceleration of urbanization process may result in obvious negative effect of the environmental quality. Meanwhile，economic variables like population density and proportion of manufacture industry also pose negative effect on the environmental quality. Findings of this study offers important implications for policy-making concerning urbanization process in China.
[责任编辑 陈翔云]
